關于南方供暖的思考

付祥釗 丁艷蕊

（1.重慶大學 重慶 400045；2.重慶海潤節能研究院 重慶 401121）

0 中國南北供暖分界線的歷史背景

20 世紀五十年代中國面臨貧困和能源短缺，國家沿秦嶺和淮河劃出建筑冬季供暖分界線，分界線以北（簡稱“北方”）政府承擔冬季供暖，以集中供暖為基本方式；分界線以南（簡稱“南方”）政府不負責冬季供暖，給職工發烤火費。隨著社會經濟增長，北方集中供暖逐漸普及，品質越來越好；南方烤火費在不知不覺中停發，南方人成了“寒號鳥”。數九寒冬，北方享受溫暖；南方苦熬抗凍。秦淮線南北，建筑室內冷暖顛倒近70年！

隨著生活水平的提高，南方需不需要供暖成為了近年來的熱議話題。國家主席習近平總書記說過“老百姓的幸福就是共產黨的事業”。十九屆五中全會提出，要“改善人民生活品質”，增強人民群眾的“獲得感、幸福感、安全感”，開展南方城市供暖與“民生福祉達到新水平”的“十四五”規劃目標極為契合。南方供暖的呼聲越來越高，反對的聲音越來越小，南方供暖將成為趨勢，關鍵是怎樣供暖。中國青年報2020年11月13日02 版青年話題曾發表“南方供暖問題不是該不該而是怎么做”[1]。

1 沒有必要重劃供暖分界線

全國人大代表、華中師范大學教授周洪宇代表多次在全國兩會上提出“沿長江重新劃定供暖分界線”等相關建議[2,3]。在計劃經濟以及能源資源緊張情況下，為了保證人員的生命安全，不至于凍死人，才以秦嶺淮河線作為供暖的分界線。而今在市場經濟條件下，在“改善人民生活品質”增強人民群眾的“獲得感、幸福感、安全感”的目標下，沒有必要重劃供暖分界線，凡大眾要求供暖的地區都應供暖。2012年大經貿雜志12 期曾發表“供暖劃界的爭論”[4]，認為“供暖主要是從人對溫度的感受出發，因此不應該以南北方分界線為標準設定集中供暖的分界線。該分界線制定到現在已過百年，隨著全球氣候變化，厄爾尼諾等現象導致極端氣候頻現，冰雪南移，這種南北分界線一刀切來決定是否集中供暖的做法，對接近分界線的周邊地區來說并不合理”。集中供暖只是供暖的一種方式，一種技術路線，從工程的本質和基本特點出發沒有必要在中國大地上重新劃分一條供暖分界線。現在的供暖分界線應該逐漸淡化和消散，作為一種國家記憶留在社會進步的歷史中。

2 北方供暖的時代背景和歷史遺留問題

北方的集中供暖是在計劃經濟下實施的。計劃經濟下人們生活方式、生活水平、作息時間都存在較強的單一性。社會經濟發展水平低，生活貧困，能源、材料等資源匱乏，供暖只能保底。當時城市建設剛剛開始，便于實施集中供熱管網工程。以煤為城市供暖能源，燃煤大鍋爐能效是小煤爐的兩倍以上，對室內空氣的直接污染小，大氣污染尚未引起社會關注。

時代背景下的北方集中供暖，供熱標準、價格、時間等均由政府確定，未實現供熱用熱雙方以熱能為商品的公平交易，存在一定的問題[5-7]。第一，北方集中供暖方式統一性強，服務性差，用戶自決權小，不能滿足不同家庭不同個體的個性化需求，不適應現代社會生活模式的多樣性，供暖品質低。第二，北方集中供暖的能效低、碳排高。燃料燃燒獲取高溫熱量，制取不高于85℃的供暖熱水，高溫低用，同時供暖熱水的集中輸送造成輸配過程的能量損失，勢必導致北方集中供暖高能耗、低能效。燃燒受限于能量轉換定律，能源供暖效率突不破1的上限，碳排高。第三，集中供暖投資大，計量難，收費很難經濟合理。

隨著供熱計量改革的推進，集中供熱計量方法以及相關儀表設備得到了發展，室內供暖質量、建筑節能等取得了較大的效果，但北方集中供暖的歷史遺留問題仍無法得到根本性解決。

3 南方供暖的約束條件適應性問題

3.1 南方供暖方式要有社會適應性

南、北方供暖需求和約束條件的差異性決定了南方供暖不能照搬北方供暖方式。首先需要考慮南方供暖的社會適應性問題。不同類型人群對室內熱舒適水平的生理及心理需求不同，如老人（或中低收入群體）對供暖的生理要求高，心理要求低；而青壯年（或中高收入群體）對供暖的生理要求低，但心理要求高。

此外，不同類型的人群，對應不同的居住模式，供暖模式需要適應不同的居住模式。清華大學王者[8]采用實地測量和問卷調查相結合的方法，將家庭戶分為5 種類型，并分別給出了不同家庭類別活動區域/臥室的使用時間表；重慶大學姜昊辰[9]等依據夏熱冬冷地區開展的大規模問卷調查結果，得出了四種家庭結構（單身、夫妻、夫妻+子女、老人+夫妻+子女）在室情況各個時段的占比；文獻[10]根據人員結構特點，將居住模式歸納為2 種基本模式：使用模式A，上班人員+不上班人員（老人、小孩、家政工、在家執業人員）；使用模式B，全部是上班人員。

3.2 南方供暖方式要有氣候資源適應性

我國地域遼闊，不同地區的氣候特點存在巨大差異，文獻[11]對夏熱冬冷地區暖通空調氣候特點的再認識中，提出利用焓濕圖，在焓濕圖（h-d圖）上用tg=tgn1，tg=tgn2，φ=φn1，φ=φn2（tg為室外空氣干球溫度；tgn1，tgn2分別為一級熱舒適區干球溫度的下限和上限；φ為室外空氣相對濕度；φn1，φn2分別為一級熱舒適區相對濕度的下限和上限）這4 條線，對全年室外空氣熱濕狀態進行9 區劃分，如圖1 所示。

圖1 空氣熱濕狀態分區圖Fig.1 Partition diagram of air thermal and humid state

利用空氣熱濕狀態分區圖，對夏熱冬冷地區各典型城市進行了全年熱濕狀態變化的分析。分析發現，由于受太平洋副熱帶高壓的影響，強烈的太陽輻射、高溫高濕是夏熱冬冷地區夏季的共性特點，同時，在不受太平洋副熱帶高壓的影響、酷暑共性隱去時，該地區表現出了明顯的東、西氣候差異。最明顯的表現是冬季的太陽輻射和室外氣溫。西部冬季氣溫高，太陽輻射弱；東部冬季氣溫低，太陽輻射強。不同的氣候特點，對建筑熱環境控制技術和設備有不同的要求。因此南方地區內部也不應統一供暖方式。在選擇供暖方式時，應考慮供暖的氣候資源和環境要素，注意該地區東、中、西以及平原和山地的氣候資源、環境差異，充分開發其熱資源潛力。

供暖能源的選擇應適應目前我國的能源及環境形勢，以高效、經濟、環保為主要原則。在供暖設計中，通過對比分析確定供暖區域最適宜的能源類型。例如夏熱冬冷東部地區太陽能資源相對豐富，東區城市可優先利用太陽能，以其他能源為輔，西部地區冬季室外溫度相對較高，西區城市供暖熱源可優先利用空氣源熱泵。

3.3 南方供暖方式要有科學技術適應性

現代機械設備生產技術的高水平發展，促進了供暖熱泵等設備性能和經濟性的提高；現代信息技術和控制技術的社會普及，為供暖的精細化控制與管理提供了條件；新材料的廣泛應用為建立現代化的南方地區供暖體系提供了足夠的技術支持。南方供暖要緊跟和適應科學技術的發展。

3.4 南方供暖要適應碳減排的大趨勢

隨著歷史的變遷，南方供暖的經濟問題已變為生態問題，國內問題變為國際問題。2020年9月，中國在第75 屆聯合國大會提出2030年前碳達峰、2060年前碳中和目標。筆者對南方供暖碳排放進展的時間預測：2025年，南方大中城市普及供暖，碳排急增；2030年，小城鎮和鄉村普及供暖（鄉村振興），碳排緩增；2030年后，南方供暖水平還會提高，但碳排總量必須逐年下降；2060年，實現南方供暖整體碳中和（實現無碳能源供暖）。

在碳達峰和碳中和的國家目標下，南方供暖工程需要解開能耗增加與CO2減排的矛盾。這在觀念上是哲學問題，在方法上是工程思維問題。

4 南方供暖的哲學問題——工程價值觀問題

南方供暖工程的意義不同于當年的北方供暖。完成南方供暖，全面實現我國居住建筑全年熱舒適，需要回答兩個工程價值觀問題。第一，南方供暖工程的基本追求：熱舒適與節能，功能優先還是性能優先？初衷是什么？第二，南方供暖工程的水平定位：保底還是登峰？是繼續秦淮線的無奈，還是追求雄安的高起點？

筆者認為，南方供暖工程的初衷應是滿足人民群眾對美好生活的要求。熱舒適優先，追求高起點。

5 南方供暖的方法論——工程思維

供暖與減排兩全其美，是南方供暖工程的難點也是亮點。實現南方供暖與零碳排的雙目標，歸根到底要靠工程思維，化解南方供暖與碳減排的矛盾要靠供暖工程方案。節能不等于減排，零能耗建筑不等于零碳排放建筑。南方供暖需要思考以下七方面的工程思維問題。

5.1 從社會需求到工程參數

（1）怎樣辨識南方居民對供暖室內溫度的要求？

從社會學需求的角度，南方居民對供暖室內溫度的需求有不同的觀點，不少人認為南方人抗凍，習慣低室溫；由于城市之間人口的流動，現在和今后的南方居民并非都是南方人。根據社會調查結果，南方居民對供暖的室溫需求值非常分散，低則認為12℃即可滿足需求，高則甚至室溫達到26℃才感覺舒適。

進一步分析發現，居民對室溫以及供暖模式的需求差異性因素眾多，從家庭社會學分類看，收入水平（或生活水平、消水平）有高、中、低之分，家庭結構有單身家庭、一代家庭、兩代家庭、三代家庭等；家庭職業有上班族、自由職業、無確定職業、混合職業等。從人員生理學看，性別有男女之分，年齡有嬰幼兒、少年、青壯年、老年之分，從體質上也有健康與病弱之分。同時也存在著群體間差異、群內個體差異；群內個體差異大于群體間。

各類供暖室溫需求的溫度區間不同；各室溫需求區間內的溫度頻率分布不同；各室溫需求區間的上下限、平均值不同。共同特點是各溫度區間近40年來都隨時間往高溫方向移動。

（2）南方供暖怎樣滿足南方居民對供暖室溫的要求？

南方供暖的供暖室溫確定應以“滿足人民對幸福美好生活的追求”為基本原則。在確定室溫的基本方法上，可以科研成果為基礎，面對工程實踐，進行恰當分類，確定各分類的室溫需求區間；取最近時期各室溫需求區間的合理上限作為“各類供暖室內設計溫度”。根據家庭結構類型和住宅的使用模式，對“全時間、全空間使用，部分時間、部分空間使用，全時間、部分空間使用，部分時間、部分空間使用”四種模式構建個性化的供暖運行調節能力。

5.2 氣候條件的工程參數化

氣候分區與設計計算室外氣象參數的科學性與合理化。

歷史上，受氣象科學的發展和分析手段的限制，供暖的氣候分區和氣象參數主要是干球溫度，科學性較差。應在氣象科學、計算技術的高度發展基礎上，綜合分析空氣溫濕度、太陽輻射等觀測值，建立科學的氣候分區和室外設計氣象模型。在設計氣象模型的基礎上，依靠互聯網和大數據技術，建立基于實時氣象預報的運行氣象模型。

5.3 關于供暖工程的設計能耗指標

目前新發布或正在修編的各氣候區居住建筑節能設計標準中給出了典型新建居住建筑設計平均能耗指標表，筆者認為節能標準用設計能耗指標倒逼設計提高節能水平是不可行的。

首先，計算設計能耗用的典型居住建筑難以合理確定；計算設計能耗用的典型使用（生活）模型難以合理確定。因此，設計能耗指標難以合理確定。各氣候區居住建筑節能設計標準中給出的平均能耗值是參考值，是用于不同城鎮之間的橫向比較，和修訂標準時的縱向比較，的確很容易被錯誤使用。

其次，設計能耗指標不可能實測檢驗。實際建筑與典型建筑總是存在差異；實際的供暖期氣象過程總是與計算用的氣象模型存在差異；實際的供暖期建筑使用過程總是與計算用的使用模型存在差異；這三大差異造成的能耗偏差會遠遠超過設計能耗指標本身，實測檢驗失去意義。社會很難理解這三大差異的影響，將會用設計能耗指標質疑工程質量；工程界、工程師很難向社會解釋。設計能耗指標容易損傷工程界的社會信譽。因此，實際供暖工程設計用“設計能耗指標”倒逼節能設計不可行。

5.4 關于南方供暖的能效指標

南方供暖的設計能效宜以供暖工程（或供暖系統）為單位計算；以整個供暖季為計算時間；按設計的供暖季運行調節策略計算；分類建立供暖設計、運行的能效指標紀錄，逐年刷新，促進能效水平的不斷提高。

5.5 供暖能源結構與供暖碳排量

關于南方供暖能源形式的確定。低碳、零碳能源供暖是提高供暖標準（安全、健康、舒適）的基本條件，應以“供暖碳排量”作為能源評價的主要指標。國家為實現2030 碳達峰，2060 碳中和正在采取綜合措施提高低碳、零碳能源的經濟性。南方供暖能源形式的確定也應兼顧經濟性。

獲得供暖熱量有三種主要途徑：能量轉換獲得熱量，熱泵采集熱量，太陽輻射。2030年碳排達峰過程中，多種低碳能源高效綜合應用，減少供暖碳排的上升量，逐步轉向零碳排供暖模式。零碳排供暖不是環能專業孤軍作戰。國家的能源戰略實施，綠色電能的發展，將給予根本性支持。

關于南方供暖的低（零）碳能源構成。不宜單獨構建南方供暖的低（零）碳能源結構；南方供暖能源需求應納入當地的能源規劃，成為當地低（零）碳能源結構的組成部分；南方供暖應積極主動進入當地的低（零）碳能源規劃，在規劃下確定供暖工程的能源方案。

低碳到零碳的供暖能源技術路線。太陽能供暖優先；電動熱泵采集環境低位熱量供暖為主；燃氣供暖為輔；鄉村振興積極利用沼氣等生物質能源供暖。

5.6 供暖模式

建筑的多樣性、氣候條件的多樣性、對供暖要求的多樣性決定了供暖模式的多樣性；沒有必要脫離具體工程，糾結集中供暖還是分散供暖；具體工程的供暖模式由設計師幫助業主（用戶）確定。

5.7 南方供暖標準與供暖產業

時代不同了，國家目標也不同了，南北方氣候不同，南方供暖的社會需求不同于北方；南方供暖不宜沿用北方供暖設計體系，需要創新；標準規范中關于供暖的規定，尤其是“強條”應基于南方供暖特點，重新分析審定；南方供暖產業應是多樣化的，不宜只限于北方那樣的基于集中供熱管網的城市熱力公司。

6 結論

（1）用專業踐行習總書記提出的“老百姓的幸福就是共產黨的事業”。為老百姓提供“高品質的安全、健康、舒適的建筑環境”，是建筑環境與能源應用工程專業生存和發展的根基。淡漠甚至忘記建筑環境品質的提高，單方面地追求“節能減排”得不到老百姓的支持，會危及建筑環境與能源應用工程行業的生存與發展。

（2）南方供暖應分為兩部分研究，第一，室內供暖，重點是滿足多種多樣的社會需求，提高居住生活品質。第二，供暖的能源保障，重點是保障室內供暖的能源需求，提供低碳、零碳的供暖能源。室內供暖中的住宅室內供暖，宜完全交給市場，政府及相關部門給予許可，做好監管服務。公共建筑室內供暖按項目的具體情況分別對待。而供暖能源的保障，供暖能源的低碳、零碳則應列入城鎮、鄉村的能源規劃中。行業在南方供暖的重點工作也在能源保障、能源的低碳、零碳化上。

（3）本文所闡述的“從社會需求到工程參數、氣候條件的工程參數化、關于供暖工程的設計能耗指標、關于南方供暖的能效指標、供暖能源結構與供暖碳排量、供暖模式、南方供暖標準與供暖產業”等7 方面的工程思維，需要工程界思考給出南方供暖與碳減排、碳中和兼得的路線。工程設計具有龍頭作用，龍頭要靠方案設計支撐，以施工圖設計為主昂不起龍頭。

（4）南方供暖要適應供暖需求的時空變化多樣性選用室內末端形式，有可能一戶內不同房間需要選用不同的末端形式，末端的大小要按該房間的最大負荷選擇。由于4 種不同的時空使用模式混雜在一起，房間負荷計算應合理考慮內墻和樓板的轉熱。

（5）管網輸配系統的形式、大小和運行策略要注意適應末端負荷的時空變化特點，同時使用系數是多變的，有很大的潛力可挖，也有風險。

（6）南方供暖能源的難點是零碳排。南方供暖碳中和不能孤軍作戰，應參與國家和地方的能源戰略實施，綠色能源的發展，獲得根本性支持。低碳到零碳的南方供暖能源技術路線：①太陽能供暖優先，電動熱泵采集環境低位熱量供暖為主，燃氣供暖為輔；②注意開發利用具體項目特有的低碳能源；③鄉村振興項目可開發利用沼氣等生物質能源供暖。

（7）南方供暖高品質低碳排的關鍵是整個供暖系統的運行策略的制定與實施。應該用能效作為評價指標，依靠大數據、互聯網、智能化等現代技術為支撐，開發南方供暖運營技術，形成高新產業。